Доктор Пэдди Ройол (Paddy Royall) из Бристольского университета (University of Bristol), Великобритания, и его коллеги из Австралии и Японии выяснили, что мешает стеклу быть прочным, как металл.

Как известно, стекло, вопреки своему виду, не относится к классу твердых веществ: оно представляет собой вязкую, крайне медленно текущую субстанцию. Его структура напоминает улицу в час-пик: атомы-машины никак не могут занять окончательное положение, поскольку им мешают соседи. Именно поэтому атомы не образуют регулярную кристаллическую решетку, а выстраиваются в форме правильного двадцатигранника — икосаэдра. Исследование Ройола и коллег опубликовано в последнем номере журнала Nature Materials.

То, что структура стекла представляет собой икосаэдр, было предсказано еще в 50-е годы прошлого века другим ученым из Бристольского университета, физиком Чарльзом Франком (Charles Frank). Однако в то время он не мог проверить опытные данные. Это стало возможным только сегодня, с помощью высокоточного микроскопа, который увеличил коллоидные частицы в специальном геле, моделировавшем стекло. «Некоторые материалы при остывании кристаллизуются и образуют регулярную решетку. Стекло также „стремится“ стать кристаллом, но атомы не достигают своего конечного положения. Проблема в том, что наблюдать процессы, происходящие с атомами, не так-то просто из-за их малой величины», — говорит Ройол.

Точное понимание того, как образуется структура метастабильных веществ, позволит в будущем создать материалы с уникальными характеристиками, соединяющие в себе свойства стекла и металла. Металлическое стекло будет незаменимо там, где требуется повышенная прочность и гибкость: например, в крыльях самолетов, двигателях и даже клюшках для гольфа.

Создание новых материалов — одно из направлений современной нанонауки. Так, аморфные и нанодисперсные состояния многих металлов кардинально отличаются по своим характеристикам от их кристаллических форм. При этом в одном материале порой удается совместить крайне противоречивые механические свойства: одновременно увеличить твердость и пластичность.

При всех достоинствах новых материалов вопрос об их безопасности для здоровья остается открытым. Медики приводят убедительные доказательства того, что углеродные нанотрубки засоряют легкие и ведут к серьезным заболеваниям. В прошлом веке подобным загрязнителем были волокна асбеста.